胀壳式预应力锚杆的制作方法

1.本技术涉及锚杆技术领域，特别是涉及胀壳式预应力锚杆。


背景技术：

2.锚杆支护是煤矿巷道的主要支护形式。与普通砂浆锚杆相比，胀壳式锚杆省去了锚固剂的凝固时间，能够满足快速锚固的施工需要，安全性较高，被广泛应用于地下工程的支护。胀壳式锚杆主要由锚头、螺纹杆、托盘、紧固螺母等组成，其中锚头又包括相互配合的胀壳和楔套。
3.早期的胀壳式锚杆是通过施加沿螺纹杆长度方向的拉力来胀开胀壳的，导致杆尾的锁紧螺母被拉离巷道围壁，因此需要进一步旋拧锁紧螺母，以维持预应力，施工步骤较繁琐。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种胀壳式预应力锚杆，安装更加方便，有利于提高施工效率。
5.本技术提供的胀壳式预应力锚杆，包括具有前端和后端的螺纹杆、装配于螺纹杆前端的楔套以及与所述楔套相配合的胀壳，所述螺纹杆带有第一螺纹，所述第一螺纹的至少部分螺纹牙上设有第二螺纹，所述第二螺纹的螺距小于所述第一螺纹的螺距，所述楔套与所述第二螺纹配合。
6.以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
7.可选的，所述第二螺纹的螺距为所述第一螺纹的0.1～0.5倍，所述第二螺纹的升角为0.5～3
°
，所述螺纹杆的中心设有注浆孔。
8.可选的，在所述螺纹杆的长度方向上，所述胀壳包括贴靠于所述楔套外周的契合段，以及处于所述螺纹杆外侧的悬置段，在所述螺纹杆的周向上，所述胀壳包括至少两胀片，所述胀壳式预应力锚杆还包括套设于所述悬置段的卡环，所述卡环用于将各所述胀片束紧。
9.可选的，所述卡环包括沿所述螺纹杆的周向延伸的弹性条，在所述螺纹杆的周向上，所述弹性条的两端相互重叠。
10.可选的，所述胀壳式预应力锚杆还包括固定于所述胀壳前端的夹持件，所述夹持件为u形且包括相对布置的两侧壁和连接在两侧壁之间的底壁，所述两侧壁分别固定于所述胀壳的径向外侧，所述底壁处于所述螺纹杆的前端一侧，所述两侧壁的后端设有朝外翘曲的倒刺结构。
11.可选的，相邻两所述胀片之间设有胀裂间隙，所述胀裂间隙向所述螺纹杆的前端延伸，且宽度逐渐在增大，所述楔套的外周设有与所述胀裂间隙形状相适应的凸起部。
12.可选的，所述凸起部设有沿所述螺纹杆长度方向延伸的返流凹槽，供所述注浆孔
内的浆料回流至所述螺纹杆的后端。
13.可选的，胀壳式预应力锚杆还包括固定于所述螺纹杆尾端的托板、球垫以及紧固螺母，所述紧固螺母与所述第一螺纹配合，所述球垫挤压作用于所述托板和所述紧固螺母之间。
14.可选的，胀壳式预应力锚杆还包括固定于所述螺纹杆尾端的托板、球垫以及紧固螺母，所述紧固螺母、所述球垫均与所述螺纹杆一体成型。
15.本技术提供的胀壳式预应力锚杆，安装方便，施工效率高。
附图说明
16.图1为本技术一实施例的结构示意图；
17.图2为图1的剖视图；
18.图3为图1的分解图；
19.图4为图3中a区的放大图；
20.图5为图1中卡环的结构示意图；
21.图6为本技术另一实施例的结构示意图。
22.图中附图标记说明如下：
23.1、螺纹杆；11、第二螺纹；12、第一螺纹；13、注浆孔；2、胀壳；21、契合段；22、悬置段；23、胀片；24、胀裂间隙；3、楔套；31、凸起部；32、返流凹槽；4、卡环；41、第一减薄段；42、第二减薄段；5、夹持件；51、侧壁；52、底壁；53、倒刺结构；6、托板；7、球垫；8、紧固螺母。
具体实施方式
24.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.需要说明的是，当组件被称为与另一个组件“连接”时，它可以直接与另一个组件连接或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。
26.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
27.胀壳式锚杆是通过机械方式将锚头膨大并嵌入围岩的，其中一种胀壳式预应力锚杆的锚定过程如下：机具朝钻孔外牵拉螺纹杆，螺纹杆带动楔套深入胀壳内，胀壳胀开并锚定孔壁。在牵拉螺纹杆的过程中，紧固螺母也随螺纹杆离开巷道内壁，因此需要再次将紧固螺母锁紧，以保持预应力。该安装过程较为繁琐，且安装后锚杆的杆尾具有较长的裸露段，需要进一步处理裸露段。
28.针对以上问题，本技术提供了一种胀壳式预应力锚杆，能够加快施工效率。
29.参考图1～图6，本技术的胀壳式预应力锚杆，包括具有前端和后端的螺纹杆1、装
配于螺纹杆1前端的楔套3以及与楔套3相配合的胀壳2，螺纹杆1带有第一螺纹12，第一螺纹12的至少部分螺纹牙上设有第二螺纹11，第二螺纹11的螺距小于第一螺纹12的螺距，楔套3与第二螺纹11配合。
30.在本实施例中，螺纹杆1的尾端限位结构可以采用现有技术，例如托板，螺母等，本实施例的胀壳2也可采用现有技术，不是本实施例的主要改进点，故不做限制。
31.本实施例的一种安装方式如下：在巷道内壁钻出锚孔，将锚杆的前端送入锚孔内，此时尾端限位结构抵紧巷道内壁，施工机具直接或通过杆尾螺母带动螺纹杆1旋转。由于胀壳2与锚孔内壁之间存在一定的摩擦力，故胀壳2不会随螺纹杆1转动。楔套3与螺纹杆1之间形成类似丝杆滑块的运动机构，楔套3相对螺纹杆1旋转的同时向螺纹杆1的尾端运动，并楔入到胀壳2内，将胀壳2胀开，完成锚定。本领域技术人员可以理解的，楔套3胀开胀壳2的同时，胀壳2会对楔套3产生反作用力，该反作用力的方向并非垂直于螺纹杆1，而是有一个朝螺纹杆1前端的分量，这种反作用力可产生本实施例锚杆的预应力。从而仅通过旋转螺纹杆1的动作，在胀开胀壳2的同时形成预应力，操作简单方便。
32.随着矿产资源开采深度的逐渐加大，围岩压力也随之提高，这就对胀壳式预应力锚杆能否顺利胀开提出了更高的要求。具体到本技术采用的螺旋胀开的方式，如果直接将现有标准的螺纹钢用作本技术的螺纹杆1，由于各种规格的限制，在深部高应力围岩的锚固过程中，需要施工机具有较大的功率和扭力才能胀开。此外，即使施工机的扭力足够大，也存在拧断杆尾的风险。而目前对高强度锚杆的研究主要集中在螺纹杆的材料加工工艺方面，不是从锚杆整体的结构设计上减少应力。
33.螺纹钢的拉拔力随螺距呈先上升再下降的趋势，例如，矿用左旋螺纹钢的螺距通常在11mm以上，有的甚至超过40mm。这种大螺距为本技术在现有螺纹钢的横肋上进一步加工出细螺纹提供了可能性，例如将第二螺纹11设计为与第一螺纹12采用相同旋向，这样就可能在第一螺纹12的螺纹牙上加工出多圈第二螺纹11。
34.本技术通过在现有螺纹杆1的粗螺纹上进一步加工出细螺纹，减小了围岩应力转化成螺纹杆1扭应力的比例，从源头上减小了施工过程中螺纹杆1需要承受的扭转载荷。通过锚杆整体结构的改进，克服了现有主流螺纹杆在形状规格和扭转强度上的限制，使现有主流的螺纹杆能够顺利地应用在本技术的螺旋张开式锚杆中，在减少锚杆施工步骤的同时，有效地控制了锚杆的生产成本。
35.具体的，参考图4，第二螺纹11的螺距为第一螺纹12的0.1～0.5倍。螺纹杆1可采用建筑螺纹钢、右旋全螺纹钢或左旋无纵筋螺纹钢，一个粗螺纹的横肋上带有2～10道细螺纹的横肋。
36.在一实施例中，螺纹钢的中心设有注浆孔13，锚定后可进一步通过注浆孔13向锚孔内注浆。
37.为了进一步确保螺纹杆1承受足够小扭力，在一实施例中，第二螺纹11的升角为0.5～3
°
。
38.具体的，在一实施例中，在螺纹杆1的长度方向上，胀壳2包括贴靠于楔套3外周的契合段21，以及处于螺纹杆1外侧的悬置段22，在螺纹杆1的周向上，胀壳2包括至少两片胀片23，胀壳式预应力锚杆还包括套设于悬置段的卡环4，卡环4用于将各胀片23束紧。
39.本实施例的胀壳2采用分瓣形式，即各胀片23之间相互独立。与一体形式相比，分
瓣形式的胀壳2尾端不连为一体，有利于胀壳2充分胀开，提供更大的锚固力。在将锚杆送入锚孔的过程中，为了保证各胀片23能够保持初始的相对位置，本实施例将胀壳2的前端套在楔套3上，胀壳2的后端通过卡环4束紧，这样不仅能够维持相对位置关系，还能减少胀开胀壳2尾部的阻力。
40.胀壳2在充分胀开后，可能发生较大的形变，在一实施例中，参考图5，卡环4包括沿螺纹杆1的周向延伸的弹性条，在螺纹杆1的周向上，弹性条的两端相互重叠，这样可以防止卡环4过度张开而滑脱。
41.本实施例中的卡环4在拉直状态下，其长度大于胀壳2外周的周长。恢复到自然状态后的卡环4为环形，卡环4的两端相互重叠。随着胀壳2逐渐胀开，卡环4两端的重叠长度逐渐减小，但卡环4整体仍维持环形，而不会出现半圈或脱落的情况。
42.具体的，弹性条两端厚度减薄，形成截面形状互补的第一减薄段41和第二减薄段42。第一减薄段41和第二减薄段42之间的接触面为与螺纹杆1长度方向垂直的滑移面。滑移面起到导向作用，有利于卡环4张开与恢复。
43.参考图3，为进一步确保胀壳2前端能顺利进入锚孔，在一实施例中，胀壳式预应力锚杆还包括固定于胀壳2前端的夹持件5，夹持件5为u形且包括相对布置的两侧壁51和连接在两侧壁51之间的底壁52，两侧壁51分别固定于胀壳2的径向外侧，底壁52处于螺纹杆1的前端一侧，两侧壁51的后端设有朝外翘曲的倒刺结构53。
44.夹持件5为长条结构，能够提供保持各胀片23相对位置关系所必需的夹持力，该夹持力不需要太大，不会对楔套3进入胀壳2造成明显阻力，也不会明显增加螺纹杆1的扭力。倒刺结构53增加了胀壳2与锚孔内壁之间的摩擦力，进一步确保胀壳2不会随螺纹杆1转动。
45.参考图1，相邻两胀片23之间设有胀裂间隙24，胀裂间隙24向螺纹杆1的前端延伸，且宽度逐渐在增大。楔套3的外周设有与胀裂间隙24形状相适应的凸起部31。
46.在将锚杆送入锚孔的过程中，凸起部31支撑在相邻两片胀片23之间，有利于维持各胀片23的相对位置关系。在锚固过程中，凸起部31和胀裂间隙24相互配合，限制了楔套3的转动，对楔套3深入胀壳2内的轴向运动起到导向作用。
47.在一实施例中，凸起部31设有沿螺纹杆1长度方向延伸的返流凹槽32，供注浆孔13内的浆料回流至螺纹杆1的后端，这样可增加锚杆与浆料的粘接长度。
48.在一实施例中，胀壳式预应力锚杆还包括固定于螺纹杆1尾端的托板6、球垫7以及紧固螺母8，紧固螺母8与第一螺纹12配合，球垫7挤压作用于托板6和紧固螺母8之间。
49.在另一实施例中，参考图6，胀壳式预应力锚杆还包括固定于螺纹杆1尾端的托板6、球垫7以及紧固螺母8，紧固螺母8、球垫7均与螺纹杆1一体成型。具体的，可将螺纹杆1尾端镦粗，分别形成紧固螺母8和球垫7，并保留注浆孔13。
50.本技术提供一种锚杆的安装方法，锚杆采用以上任一实施例的胀壳式预应力锚杆，安装方法包括：旋转螺纹杆胀开胀壳2。
51.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。不同实施例中的技术特征体现在同一附图中时，可视为该附图也同时披露了所涉及的各个实施例的组合例。
52.以上实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能
因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。